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    JVM GC 与 内存分配策略 |  
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  JVM GC 与 内存分配策略
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  <time datetime="2018-03-28T08:07:47.000Z" itemprop="datePublished">2018-03-28</time>
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  <h2 id="对象存活算法"><a href="#对象存活算法" class="headerlink" title="对象存活算法"></a>对象存活算法</h2><p>Java 堆中存放着几乎所有的对象实例，垃圾收集器在对堆进行回收前，需要确定对象是否存活。</p>
<h3 id="引用计数算法"><a href="#引用计数算法" class="headerlink" title="引用计数算法"></a>引用计数算法</h3><p>给对象添加一个引用计数器，每当一个地方引用它时，计数器的值加 1；引用失效时减 1。</p>
<p>主流 JVM 没有选用此种算法管理内存，主要原因是它难以解决对象间循环引用的问题。</p>
<a id="more"></a>
<h3 id="可达性分析算法"><a href="#可达性分析算法" class="headerlink" title="可达性分析算法"></a>可达性分析算法</h3><p>可达性分析算法是 JVM 主流实现中采用的算法。基本思路是通过一系列 <code>GC Roots</code> 对象为起点向下搜索，搜索所走过的路径称为 <code>引用链</code> 。当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时，会被判定为可回收对象。</p>
<p>GC Roots 对象包括以下几种：虚拟机栈中引用的对象；方法区中类静态属性引用的对象；方法区中常量引用的对象；本地方法栈中引用的对象。</p>
<h2 id="引用类型"><a href="#引用类型" class="headerlink" title="引用类型"></a>引用类型</h2><p>JDK 1.2 后，Java 中的引用分为强引用、软引用、弱引用和虚引用 4 种。</p>
<p>强引用在代码中普遍存在，如 <code>Object o = new Object()</code> ，只要强引用在，垃圾回收器就永远不会回收被引用的对象。</p>
<p>软引用用来描述有用但非必须的对象，在发生内存溢出异常之前被回收。</p>
<p>弱引用和软引用类似，强度更弱，只能生存到下一次垃圾收集之前。</p>
<p>虚引用不会对生存时间构成影响，也无法通过虚引用取得实例，设置虚引用的唯一目的就是能在这个对象被回收时受到系统通知。</p>
<h2 id="回收方法区"><a href="#回收方法区" class="headerlink" title="回收方法区"></a>回收方法区</h2><p>方法区的回收主要包括废弃常量和无用的类。</p>
<p>废弃常量和堆中的对象类似，当发生垃圾回收时，如果常量池中的常量不存在任何引用，必要情况下回被清理。</p>
<p>判断一个类无用的条件很苛刻，需要所有实例都已经被回收、加载该类的 ClassLoader 已经被回收，并且该类对应的 java.lang.Class 对象没有在任何地方被引用，无法通过反射访问该类的方法，满足以上条件的无用类才能被回收。</p>
<h2 id="垃圾收集算法"><a href="#垃圾收集算法" class="headerlink" title="垃圾收集算法"></a>垃圾收集算法</h2><h3 id="标记-—-清除算法"><a href="#标记-—-清除算法" class="headerlink" title="标记 — 清除算法"></a>标记 — 清除算法</h3><p>先标记出所有需要回收的对象，然后统一回收。两个阶段效率都不高，另外标记清除后会产生大量不连续的内存碎片。</p>
<h3 id="复制算法"><a href="#复制算法" class="headerlink" title="复制算法"></a>复制算法</h3><p>将可用内存分为大小相等两块，每次使用其中一块。内存用完时将还存活的对象复制到另一块上，再把已使用的空间一次清理掉。</p>
<p>新生代中大多对象朝生夕死，不需要按照 1 : 1 分配内存空间，而是分为一块较大的 Eden 空间和两块较小的 Survivor 空间，每次使用 Eden 空间和其中一块 Survivor 空间。回收时将 Eden 和 Survivor 中存活的对象一次性复制到另一块 Survivor 空间，再清理掉之前使用的两块内存空间。HotSpot 默认 Eden 和 Survivor 的大小比例为 8 : 1，可用空间为 90%。当 Survivor 内存不够时需依赖老年代进行分配担保。</p>
<h3 id="标记-—-整理算法"><a href="#标记-—-整理算法" class="headerlink" title="标记 — 整理算法"></a>标记 — 整理算法</h3><p>标记整理算法更适合于老年代，标记之后不直接对可回收对象进行清理，而是让存活对象都向一段移动，然后清理掉边界以外的内存。</p>
<h3 id="分代收集"><a href="#分代收集" class="headerlink" title="分代收集"></a>分代收集</h3><p>当前商业虚拟机都采用分代收集，根据对象存活周期把内存划分为几块。一般把 Java 堆分为新生代和老年代，新生代采用复制算法，老年代使用标记清理算法或标记整理算法。</p>
<h2 id="HotSpot-算法实现"><a href="#HotSpot-算法实现" class="headerlink" title="HotSpot 算法实现"></a>HotSpot 算法实现</h2><p>HotSpot 实现上述算法时，须对算法的执行效率严格考量，才能保证虚拟机高效运行。</p>
<h3 id="枚举根节点"><a href="#枚举根节点" class="headerlink" title="枚举根节点"></a>枚举根节点</h3><p>主流虚拟机都使用 <code>准确式 GC</code> ，即知道内存中数据的具体类型，所以不需要一个不漏地检查所有执行上下文和全局的引用位置。JVM 有办法直接得知哪些地方存放着对象引用，HotSpot 使用一组称为 <code>OopMap</code> 的数据类型达到这个目的。</p>
<h3 id="安全点"><a href="#安全点" class="headerlink" title="安全点"></a>安全点</h3><p>导致 OopMap 变化的指令很多，如果针对每次变化采取措施 GC 的成本会变得很高。实际上，HotSpot 没有为每条指令生成 OopMap，只在特定位置记录这些信息，这些位置称为 <code>安全点</code> ，程序只有在安全点才能暂停。安全点既不能太少又不能太多，基本选在方法调用、循环跳转等具有让程序长时间执行特性的位置。</p>
<p>让程序在安全点暂停主要有 抢先式中断 和 主动式中断 两种方案。抢先式先把所有线程中断，再让不处于安全点的线程继续执行到安全点。主动式则是在安全点的位置有是否需要中断的标志，线程执行到安全点时依据标志中断挂起。</p>
<h3 id="安全区域"><a href="#安全区域" class="headerlink" title="安全区域"></a>安全区域</h3><p>安全区域指在一段代码片段内不会引起引用变化的区域，如线程处于 Sleep 状态挥着 Blocked 状态，线程无法响应 JVM 的中断请求。</p>
<p>程序进入安全区域时，先标记自己已经进入安全区域，如在这个时候发起 GC，不需要处理标记进去安全区域的线程。在线程离开安全区域时，需要检查是否完成枚举根节点或整个 GC 过程，已完成则继续执行，否则需要等到接收可以安全离开的信号为止。</p>
<h2 id="垃圾收集器"><a href="#垃圾收集器" class="headerlink" title="垃圾收集器"></a>垃圾收集器</h2><p>垃圾收集器是内存回收的具体实现，目前没有最好的收集器，只有最合适的收集器，所以 JVM 实现了几个不同的收集器。</p>
<h3 id="Serial-Serial-Old-收集器"><a href="#Serial-Serial-Old-收集器" class="headerlink" title="Serial / Serial Old 收集器"></a>Serial / Serial Old 收集器</h3><p>单线程收集器，只使用一个 CPU 和一个收集线程，垃圾回收时暂停其他所有的工作线程，直到收集结束。</p>
<p>与其他收集器的单线程比简单高效，对于运行在 Client 模式下的虚拟机是一个好选择。</p>
<p>新生代采用复制算法，老年代采用标记整理算法。</p>
<h3 id="ParNew-收集器"><a href="#ParNew-收集器" class="headerlink" title="ParNew 收集器"></a>ParNew 收集器</h3><p>Serial 的多线程版本，能与 CMS 收集器配置工作，所以是许多运行在 Server 模式下的首选新生代收集器。</p>
<p>在垃圾收集器的上下文中，先明确两个概念：</p>
<blockquote>
<p>并行：多条垃圾线程并行工作，用户线程仍然处于等待状态</p>
<p>并发：用户线程和垃圾回收线程同时执行（不一定并行，可能会交替执行）</p>
</blockquote>
<h3 id="Parallel-Scavenge-Parallel-Old-收集器"><a href="#Parallel-Scavenge-Parallel-Old-收集器" class="headerlink" title="Parallel Scavenge / Parallel Old 收集器"></a>Parallel Scavenge / Parallel Old 收集器</h3><p>使用复制算法的新生代多线程收集器，特点是更关注吞吐量，即运行用户代码时间 / (运行用户代码时间 + 垃圾收集时间)。</p>
<p>Parallel Scavenge 收集有一个参数开关 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy，打开后就不需要手动设置新生代大小、Eden 与 Survivor 区的比例等细节参数，JVM 会根据当前系统运行情况动态调整，以提供最合适的停顿时间或最大吞吐量。</p>
<h3 id="CMS-收集器"><a href="#CMS-收集器" class="headerlink" title="CMS 收集器"></a>CMS 收集器</h3><p>Concurrent Mark Sweep 以获取最短收回停顿时间为目标，使用标记清除算法。收集过程分为 4 部：初始标记、并发标记、重新标记和并发清理。初始标记和重新标记耗时很少，并发标记和并发清理两部耗时较长，但都可以与用户线程一起并发执行。</p>
<p>CMS 收集器有 3 个明显缺点：1.对 CPU 资源敏感，并发阶段占用一部分 CPU 资源导致应用程序变慢。2.无法收集浮动垃圾，即并发清理阶段由于程序还在运行产生的垃圾，可能导致另一次 Full GC。3.标记清除算法导致收集结束后存在大量空间碎片，可配置 Full GC 执行多少次时伴随一次空间压缩。</p>
<h3 id="G1-收集器"><a href="#G1-收集器" class="headerlink" title="G1 收集器"></a>G1 收集器</h3><p>Garbge-First 面向服务端应用，具有并发并行、分代收集、空间整合、可预测停顿等特点。</p>
<p>使用 G1 时，Java 堆的内存分为多个大小相等的独立区域，虽然保留新生代和老年代的概念，但不再是物理隔离。G1 跟踪各个 Region 里垃圾堆积的价值，在后台维护一个优先列表，优先回收价值最大的 Region。</p>
<p>G1 的运作大致分为初始标记、并发标记、最终标记和筛选回收。</p>
<h2 id="内存分配与回收策略"><a href="#内存分配与回收策略" class="headerlink" title="内存分配与回收策略"></a>内存分配与回收策略</h2><p>多数情况下，对象在新生代 Eden 区分配。Eden 没有足够的空间时进行一次 Minor GC。当存活对象无法放入 Survivor 区时，通过分配担保提前转移到老年代。</p>
<p>需要大量连续内存空间的大对象会直接进入老年代，如很长的字符串或数组。经常出现大对象容易导致内存还有不少空间时就触发 GC。</p>
<p>长期存活的对象进入老年代。每经过一次 Minor GC，对象中的年龄计数器会加 1，加到一定程度（默认 15）时晋升到老年代。如果 Survivor 空间中相同年龄的所有对象带下总和大于 Survivor 空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代。</p>
<p>在发生 Minor GC 之前，JVM 会先检查老年代中最大可用连续空间是否大于新生代所有对象总和，如果大于，Minor GC 可以确定是安全的。否则要根据是否允许担保失败判断是否进行 Full GC。允许担保失败时，会根据之前晋升老年代的平均大小作为经验来判定是否进行尝试。</p>
 
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            </div>

            <button class="pswp__button pswp__button--arrow--left" title="Previous (arrow left)">
            </button>

            <button class="pswp__button pswp__button--arrow--right" title="Next (arrow right)">
            </button>

            <div class="pswp__caption">
                <div class="pswp__caption__center"></div>
            </div>

        </div>

    </div>

</div>

<link rel="stylesheet" href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/photoswipe@4.1.3/dist/photoswipe.min.css">
<link rel="stylesheet" href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/photoswipe@4.1.3/dist/default-skin/default-skin.min.css">
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/photoswipe@4.1.3/dist/photoswipe.min.js"></script>
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/photoswipe@4.1.3/dist/photoswipe-ui-default.min.js"></script>

<script>
    function viewer_init() {
        let pswpElement = document.querySelectorAll('.pswp')[0];
        let $imgArr = document.querySelectorAll(('.article-entry img:not(.reward-img)'))

        $imgArr.forEach(($em, i) => {
            $em.onclick = () => {
                // slider展开状态
                // todo: 这样不好，后面改成状态
                if (document.querySelector('.left-col.show')) return
                let items = []
                $imgArr.forEach(($em2, i2) => {
                    let img = $em2.getAttribute('data-idx', i2)
                    let src = $em2.getAttribute('data-target') || $em2.getAttribute('src')
                    let title = $em2.getAttribute('alt')
                    // 获得原图尺寸
                    const image = new Image()
                    image.src = src
                    items.push({
                        src: src,
                        w: image.width || $em2.width,
                        h: image.height || $em2.height,
                        title: title
                    })
                })
                var gallery = new PhotoSwipe(pswpElement, PhotoSwipeUI_Default, items, {
                    index: parseInt(i)
                });
                gallery.init()
            }
        })
    }
    viewer_init()
</script>

<!-- MathJax -->

<script type="text/x-mathjax-config">
  MathJax.Hub.Config({
      tex2jax: {
          inlineMath: [ ['$','$'], ["\\(","\\)"]  ],
          processEscapes: true,
          skipTags: ['script', 'noscript', 'style', 'textarea', 'pre', 'code']
      }
  });

  MathJax.Hub.Queue(function() {
      var all = MathJax.Hub.getAllJax(), i;
      for(i=0; i < all.length; i += 1) {
          all[i].SourceElement().parentNode.className += ' has-jax';
      }
  });
</script>

<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/mathjax@2.7.6/unpacked/MathJax.js?config=TeX-AMS-MML_HTMLorMML"></script>
<script>
  var ayerConfig = {
    mathjax: true
  }
</script>

<!-- Katex -->

<!-- busuanzi  -->

<!-- ClickLove -->

<!-- ClickBoom1 -->

<!-- ClickBoom2 -->

<!-- CodeCopy -->

<link rel="stylesheet" href="/css/clipboard.css">
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/clipboard@2/dist/clipboard.min.js"></script>
<script>
  function wait(callback, seconds) {
    var timelag = null;
    timelag = window.setTimeout(callback, seconds);
  }
  !function (e, t, a) {
    var initCopyCode = function(){
      var copyHtml = '';
      copyHtml += '<button class="btn-copy" data-clipboard-snippet="">';
      copyHtml += '<i class="ri-file-copy-2-line"></i><span>COPY</span>';
      copyHtml += '</button>';
      $(".highlight .code pre").before(copyHtml);
      $(".article pre code").before(copyHtml);
      var clipboard = new ClipboardJS('.btn-copy', {
        target: function(trigger) {
          return trigger.nextElementSibling;
        }
      });
      clipboard.on('success', function(e) {
        let $btn = $(e.trigger);
        $btn.addClass('copied');
        let $icon = $($btn.find('i'));
        $icon.removeClass('ri-file-copy-2-line');
        $icon.addClass('ri-checkbox-circle-line');
        let $span = $($btn.find('span'));
        $span[0].innerText = 'COPIED';
        
        wait(function () { // 等待两秒钟后恢复
          $icon.removeClass('ri-checkbox-circle-line');
          $icon.addClass('ri-file-copy-2-line');
          $span[0].innerText = 'COPY';
        }, 2000);
      });
      clipboard.on('error', function(e) {
        e.clearSelection();
        let $btn = $(e.trigger);
        $btn.addClass('copy-failed');
        let $icon = $($btn.find('i'));
        $icon.removeClass('ri-file-copy-2-line');
        $icon.addClass('ri-time-line');
        let $span = $($btn.find('span'));
        $span[0].innerText = 'COPY FAILED';
        
        wait(function () { // 等待两秒钟后恢复
          $icon.removeClass('ri-time-line');
          $icon.addClass('ri-file-copy-2-line');
          $span[0].innerText = 'COPY';
        }, 2000);
      });
    }
    initCopyCode();
  }(window, document);
</script>


<!-- CanvasBackground -->


    
  </div>
</body>

</html>